膝关节是人体正常运动的重要部位。为了满足下肢截肢患者恢复正常运动功能的需求,设计了一款双摇杆机构的假肢膝关节。首先,建立了下假肢的简化模型,通过对模型的运动学分析,获得了相关关节角度、角速度、角加速度等参数。通过动态静力分析法对双摇杆的各个杆件进行动力学分析,最终得到输出阻尼力与驱动力矩之间的平衡方程。通过Adams仿真分析,得到了高度相似的膝关节瞬心轨迹和踝关节轨迹运动曲线对比图。结果表明,设计的双摇杆假肢膝关节具有良好的稳定性与仿生性,能够满足截肢患者的运动需求。研究为双摇杆假肢膝关节整体的结构设计、加工和实时控制提供了理论依据。

针对现有磁流变阻尼器功耗大、输出阻尼力低的问题,以磁流变阻尼器的低功耗化及轻量化为优化目标,建立磁流变阻尼器结构参数与优化目标之间的关系模型;采用多目标遗传算法对其结构参数进行优化,得出最优解;对优化后的磁流变阻尼器进行试验研究,验证所选参数的合理性。研究结果表明:优化后磁流变阻尼器的平均功耗降低了46%、最大阻尼力增加了30%;磁流变阻尼器的功耗与阻尼力之间存在相互平衡关系,为磁流变阻尼器的参数设计提供了理论和实验依据。

设计了测试磁流变液正应力性能的试验装置搭建了相应的测试系统通过实验来研究不同纳米级Fe3O4颗粒含量对传统磁流变液正应力的影响。实验结果表明当电流在0~1.5 A剪切速率给定时当纳米Fe3O4粒子的质量分数从0%~7%变化时微纳米磁流变液的正应力与传统磁流变液的正应力相比会随着纳米颗粒含量的增大而迅速增大;当磁感应强度在320 m T时微纳米磁流变液的正应力将达到最大值然而随着纳米粒子的质量分数从7%~16%变化时微纳米磁流变的正应力逐渐降低。